Ar putea bosonul Higgs explica materia întunecată?

Totodată fizicienii analizează dacă acesta ar putea cauza presupusa asimetrie a materiei întunecate şi asimetria barionică observată în cazul particulelor de materie şi antimaterie.

Într-un nou articol publicat în Physical Review Letters, fizicienii Géraldine Servant din cadrul CERN, Autonomous University of Barcelona şi CEA Saclay din Franţa şi Sean Tulin din cadrul University of Michigan din Ann Arbor, au denumit acest scenariu teoretic „Higgsogenesis" (n.t. generarea de particule şi antiparticule Higgs).

„Prin descoperirea bosonului Higgs, ultima piesă din cadrul Modelului Standard al particulelor a fost pusă la locul ei", declară Servant pentru Phys.org. „Acum este normal să ne întrebăm: ar fi putut avea bosonul Higgs un rol important în universul timpuriu care ne-ar putea ajuta să înţelegem două observaţii importante la care Modelul Standard nu poate furniza o explicaţie: originea materiei întunecate şi a asimetriei dintre materie şi antimaterie? În universul foarte timpuriu, particula Higgs a fost diferită de antiparticula sa. Noi arătăm că o asimetrie între bosonul Higgs şi antiparticula sa ar putea fi veriga lipsă ce leagă densitatea materiei vizibile de cea a materiei întunecate şi care, pe baza datelor observaţionale, sunt destul de asemănătoare".

Bosonul Higgs ar putea reprezenta veriga lipsă în două moduri distincte. O posibilitate ar fi să presupunem că a existat o asimetrie între materia întunecată din universul timpuriu iar apoi această asimetrie ar fi cauzat o asimetrie între bosonul Higgs şi antiparticula sa care, la rândul ei, a putut provoca o asimetrie barionică între materie şi antimaterie. O altă posibilitate ar fi ca această secvenţă să se fi produs în sens invers, în acest caz o asimetrie între barioni, mai întâi, a cauzat o asimetrie în cazul bosonului Higgs şi care apoi a cauzat o asimetrie la nivelul materiei întunecate.

În ambele cazuri, bosonul Higgs oferă un „portal" prin care asimetriile se pot transfera de la materia întunecată la cea vizibilă sau invers de la materia vizibilă către cea întunecată. În aceste scenarii, materia întunecată ar avea o asimetrie similară cu cea din cadrul materiei barionice. Fizicienii au propus doi noi fermioni care împreună cu bosonul Higgs ar putea media transferurile de asimetrie.

„Propunerea noastră se bazează pe existenţa unei interacţiuni între câmpul Higgs şi materia întunecată, care reprezintă o ipoteză ce apare în multe extensii ale Modelul Standard din fizica particulelor", a spus Tulin. „Noutatea adusă de teoria noastră este reprezentată de cercetarea rolului pe care bosonul Higgs îl poate avea în transferul asimetriilor între materia întunecata şi cea vizibilă. Teoria noastră oferă noi perspective în ceea ce priveşte modul în care au apărut barionii şi materia întunecată".

De fapt, cercetările anterioare au demonstrat că bosonul Higgs poate juca un rol important în bariogeneza electroslabă şi generarea de leptoni, ambele procese descriind asimetriile din universul timpuriu.

Experimente ulterioare ar putea testa aceste propuneri. De exemplu, fizicienii ar putea cerceta dezintegrările bosonului Higgs în cadrul acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC). În aceste dezintegrări, fermionii propuşi în teorie ar putea fi descoperiţi datorită unor pierderi de energie care ar putea fi detectate.

„Pentru ca Higgsogenesis să aibă loc trebuie să existe particule noi care să interacţioneze prin forţa slabă", a spus Servant. „De fapt, particulele noi ce interacţionează prin forţa slabă nu apar doar în cadrul Higgsogenesis, ele fac parte din mai multe modele diferite ale fizicii şi LHC va încerca să le descopere. O altă predicţie a teoriei noastre ar fi legată de posibilitatea ca bosonul Higgs să se poată dezintegra, într-un mod invizibil, în particule de materie întunecată şi, din nou, cu ajutorul LHC se speră să se descopere indicii pentru acest proces".